2023国自然生命科学部重大项目指南

2023年生命科学部共发布9个重大项目指南，拟资助6个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。以下是指南的具体内容详情。

生命科学部重大项目指南

2023年生命科学部共发布9个重大项目指南，拟资助6个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。

“古菌功能演化与真核生物起源”重大项目指南

真核生物起源是地球生命出现后最主要的进化跃迁，是仅次于生命起源的第二大生命之谜。真核生物与原核生物的关键区别是，前者的细胞具有复杂的内膜系统和膜包被的细胞核及细胞器，而后者无细胞核和膜细胞器。细胞结构的复杂化与生命功能的涌现相关，细胞质复杂内膜系统的出现是真核生物起源的里程碑事件。原核生物包括古菌与细菌两种生命形式。目前的证据更多地支持古菌与真核生物具有更近的进化关系。古菌拥有真核生物类型的遗传信息传递机器，近来发现古菌编码真核生物内膜系统的同源蛋白。因此，真核生物起源于古菌是近年来的主流假说。

古菌的种类众多，具有极为丰富的遗传与代谢多样性。不同进化分支古菌的遗传机器组成、特征和功能种类不尽相同;内膜系统蛋白从无到多，组成和数量差别大;能量代谢方式涵盖从化能无机自养到有机异养、从厌氧呼吸到好氧呼吸。本重大项目旨在通过综合研究上述生命系统的演化，揭示真核生物古菌祖先的基本生命特征，在分子水平、关键生物学过程、细胞学特征、细胞器功能形成等多系统多层面阐释古菌向真核生物演化和共生的模式。研究结果不仅有助于揭秘真核生物的起源，而且将为理解生命本质、改造生命过程乃至设计合成新生命系统提供重要启示。

一、科学目标

围绕“古菌功能演化与真核生物起源”这一核心科学问题，通过系统研究进化水平不同的代表性古菌的基因组特征、基本生物学过程、内膜系统相关分子机器、外膜结构特征与功能、能量代谢模式等，重构真核生物古菌祖先基因组，揭示古菌中与真核细胞起源相关的功能特征，了解其在真核细胞起源中的演化模式，揭示真核细胞的细胞器在古菌中的原始功能形成和演化历程，提升对真核生物起源的认知。

二、研究内容

(一)真核生物古菌祖先的基因组特征与衍生类群的发现。

(二)古菌基本生物学过程的真核生物特征演化。

(三)古菌类真核生物内膜系统形成和蛋白的功能演化。

(四)古菌-真核生物细胞膜结构与能量生成的演化。

三、申请要求

(一)围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置 4 个课题，综合运用多学科研究方法，紧密围绕“古菌功能演化与真核生物起源”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“古菌功能演化与真核生物起源”，申请代码1选择C01的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329135。

“智能生物材料的构建及其生物学效应”重大项目指南

我国每年对人体组织修复再生的需求超过1亿人次，而使用生物材料是重要的治疗和修复手段。同时，严峻的人口老龄化趋势对生物材料的设计提出了更高的要求和更大的挑战。实现生物材料的智能化是提高老龄化疾病治疗效果的重要手段，但现有的智能材料多用于药物递送，用于老龄患者病损组织的再生修复尚属空白，其中应对老龄化重大疾病如骨质疏松性骨折和心衰等的智能生物材料更是严重缺乏。

针对老龄患者病损组织再生能力丧失、血管化/纤维化失控、力学稳态难以维持的共性难题，研究能感知生理病理环境、适时响应和主动调控生物学效应、并能全周期精准匹配病损组织修复进程的智能生物材料既是重大需求又是科学前沿。需要通过突破生物材料精确匹配机体微环境的瓶颈，提出结合人工智能、材料基因组学和生物多组学的智能生物材料的仿生设计准则和思路，解析智能生物材料的生物学效应机制，研发组织修复材料的先进构建和制造技术，为骨质疏松性骨折、心肌梗死引起的心力衰竭等老龄化重大疾病的临床治疗提供创新理论和技术解决方案。

一、科学目标

本重大项目拟解决用于组织修复的智能生物材料的仿生构筑原理及其生物学效应这一核心科学问题，通过多学科交叉研究，建立生物材料基因组学与生物多组学的大数据平台及高通量研发模式，提出基于人工智能与大数据驱动的智能生物材料的理性设计准则与仿生构筑原理，阐明智能生物材料在多层次分子调控网络及细胞层面的材料生物学效应，解码在植入后不同时期的材料特性与机体微环境相互作用的时空变化规律，揭示智能生物材料自适应性、逆转病损组织失稳态与重构的机制，为骨质疏松性骨折、心衰等老龄化重大疾病的治疗策略提供理论依据和技术支撑。

二、研究内容

(一)人工智能驱动的智能生物材料的理性设计准则和仿生构建原理。

(二)智能生物材料的材料生物学效应及其细胞和分子机制。

(三)智能生物材料基础特性与组织重构进程的时空变化规律。

(四)智能生物材料逆转老龄患者病损组织失稳态与重构机制。

三、申请要求

(一)紧密围绕“智能生物材料的构建及其生物学效应”这一核心科学问题，综合运用多学科研究方法和模式系统，开展深入、系统研究。项目按上述研究内容分别设置4个课题，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“智能生物材料的构建及其生物学效应”，申请代码1选择C10的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329246。

“脑发育异常导致孤独症的机制研究”重大项目指南

孤独症谱系障碍(Autism spectrum disorder, ASD)是一种常见的脑发育障碍性疾病，其主要临床症状包括社交障碍、重复刻板行为和兴趣狭隘，常伴有智力障碍、小头畸形、多动等症状。目前ASD尚缺乏有效的治疗手段，给家庭和社会带来沉重的经济与精神负担。ASD的发病与遗传、表观遗传、母体健康状况及环境等因素造成的脑发育异常有关。目前通过动物模型和前沿技术验证的致病基因数量和致病机制研究较少，导致大多数ASD风险基因的作用未得到明确阐明，药物靶点研究也比较落后。此外，小鼠等较低等哺乳动物难以真正模拟人的高级精神活动。近年来从进化的角度开展跨物种(包括小鼠、家犬、猪、非人灵长等)研究成为趋势。随着生物学研究新技术的开发和推广应用，本项目拟开展脑发育异常导致孤独症的机制这一日益成为面向世界科技前沿和面向人民生命健康的重大科学问题的研究。

一、科学目标

围绕“ASD致病机制”这一核心科学问题，在不同层次跨物种动物模型中利用细胞谱系追踪、三维高时空分辨率活体成像、在体基因操作、神经环路示踪、光/化学遗传学、在体电生理与神经活性记录和多组学联合分析等前沿交叉技术，筛选并鉴定新的重要致病基因及其导致ASD脑发育异常及核心症状的关键脑区，深入开展ASD核心症状致病机制的研究，完善脑发育的基础理论，鉴定潜在的干预靶点，为早期精准诊断和治疗提供理论基础。

二、研究内容

(一)构建ASD的风险基因跨物种(包括小鼠、家犬、猪或猴等)疾病模型，筛选并鉴定新的重要致病基因。

(二)通过神经环路功能与机制研究，明确导致ASD核心症状的关键脑区。

(三)解析ASD致病机制，包括脑发育过程中关键脑区的异常细胞、分子信号通路/网络和神经环路机制，鉴定潜在的干预靶点。

三、申请要求

(一)要求项目申请人围绕核心科学问题，按三个研究内容设置3个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕“脑发育异常导致孤独症的机制”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现交叉合作及材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“脑发育异常导致孤独症的机制研究”，申请代码1选择C12的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329253。

“流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制”重大项目指南

水生态安全是国家生态安全和资源安全体系的重要组成部分。在气候变化和人类活动加剧的背景下，我国水生态安全形势严峻。目前，我国的水体富营养化、水生生物多样性降低、水体生态功能退化和水生态系统服务下降等问题比较严重。其根本原因之一在于水生态安全基础理论薄弱，尤其缺乏流域尺度上水生态安全保障的认知。

流域生态系统具有水源涵养、净化水质、土壤保持、物质循环等生态系统多功能性，并直接影响水生态安全。要从根本上解决我国水生态安全问题，就必须以流域为基本单元统筹考虑山水林田湖草沙等各要素，修复和提升流域生态系统多功能性。目前国内外缺乏流域生态系统多功能性的研究，对流域生态系统多功能性的形成、维持和提升及其与水生态安全的耦合关系尚不清楚，对国家水生态安全保障缺乏水生态安全基础理论的支撑。因此，亟需开展对流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制的系统研究。

一、科学目标

以纬度梯度上的代表性江河湖库为研究对象，研究其流域陆地生态系统多功能形成与维持机制，揭示江河湖库水生态过程，明确水生态安全保障的基本条件，解析流域生态系统多功能权衡、协同与水生态安全耦合机制，阐明面向水生态安全保障的流域生态系统多功能性提升技术原理与策略，为国家山水林田湖草沙一体化保护和系统治理提供科学依据和支撑。

二、研究内容

(一)流域陆地生态系统多功能形成与维持机制。

(二)江河湖库水生态过程与水生态安全。

(三)流域生态系统多功能与水生态安全耦合机理。

(四)流域生态系统多功能性提升与水生态安全保障。

三、申请要求

(一)要求项目申请人围绕核心科学问题，按四个研究内容设置4个课题，综合运用多学科研究方法，紧密围绕“流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及研究材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“流域生态系统多功能性与水生态安全耦合机制”，申请代码1选择C03的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329321。

“植物细胞极性生长的可塑性与动态调控”重大项目指南

固着生长的植物不能自由移动，在长期演化过程中形成了独特的发育可塑性以适应随时变化的生长环境。当植物感知到发育信号和外界环境信号时，细胞会迅速建立极性并进行极性生长，形成具有特定形态和功能的细胞，进而推动组织器官形态建成、植株整体发育以及对生长环境的适应性。基于此，植物细胞极性生长的可塑性在决定农作物产量、品质、育性以及抗逆性等重要农艺性状中起着举足轻重的作用。因此，以植物细胞极性生长作为性状塑造的基石和推动力，开展细胞与性状塑形研究，对于支撑农作物性状的精准设计定制具有重要意义。

在植物细胞极性生长过程中，细胞骨架动态、细胞器和囊泡定向运输、液泡澎压、细胞膜信号感知和传导、细胞壁动态等在时空和功能上相互关联，形成一个四维调控网络。全面解析这一调控网络的建立、维持以及信号整合机制，将有助于揭示植物极性生长可塑性与动态调控的细胞学基础，为实现植物细胞形态的可控式分子设计和作物性状理性设计提供关键操作元件和技术路线。

一、科学目标

通过团队联合攻关，运用多学科交叉的研究手段，在细胞和亚细胞水平揭示植物细胞极性建立、维持和生长这一基本科学问题的分子机制，在植物细胞极性生长的可塑性与动态调控机制研究方面取得突破，并通过定向优化设计植物细胞极性生长对农作物育性、生理稳健性与环境适应性等重要农艺性状进行遗传改良，从而为农业生产中的重大需求问题提供理论及技术支撑。

二、研究内容

(一)植物细胞极性生长可塑性的亚细胞结构基础。

(二)极性生长的驱动力及与细胞骨架行为的耦联机制。

(三)细胞骨架--膜系统--细胞壁连续体的网络建立与信号整合。

(四)植物细胞形态结构控制的新策略及性状设计。

三、申请要求

(一)围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置4个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕“植物细胞极性生长的可塑性与动态调控”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作与材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“植物细胞极性生长的可塑性与动态调控”，申请代码1选择C02的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329135。

“糖原新功能与细胞稳态调控”重大项目指南

糖原是细胞中葡萄糖的主要储存形式，对机体的能量供应和葡萄糖稳态至关重要。糖原累积异常或其结构异常可导致糖原贮积病、感染性疾病、自身免疫疾病、糖尿病、神经炎症、神经退变和肌肉损伤等;过度累积的糖原可在细胞内聚集形成无膜细胞器，通过包裹信号蛋白改变胞内信号转导网络，参与疾病的发生发展。糖原代谢的中间产物也可以通过重塑细胞代谢网络，在机体发育和多种生理活动中发挥重要作用。鉴于糖原以颗粒、聚集体及无膜细胞器等形式广泛存在于多种细胞类型，糖原的非经典功能可能发挥着更广泛的生理或病理作用。但是与糖原的经典功能相比，以糖原颗粒为整体的功能学研究还相对缺乏。系统研究糖原新功能与细胞稳态调控，有望揭示糖原相关疾病的发病机制，解析糖原新功能的普适性、特异性及作用机制，为相关重大疾病的治疗提供新的靶点和策略。

一、科学目标

以糖原的上下游调控机制及生理病理功能为主线，综合运用各类糖原疾病动物模型、糖原相关疾病的临床样本等，通过影像示踪、分子生化、单细胞组学、基因编辑等多学科交叉的研究方法，在生理和病理条件下探究糖原合成与分解的动态调控机制及其在免疫调控、微环境重塑、疾病发生等方面的作用和机制，重点研究糖原通过不依赖于能量及细胞代谢的方式调控细胞生理及病理过程，为糖原相关疾病的诊疗提供理论基础和新靶点。

二、研究内容

(一)糖原合成与分解的动态调控机制及其示踪新方法。

(二)糖原新功能及其参与细胞稳态调控的作用机制。

(三)糖原累积异常引起的病理生理变化及其调控机制。

三、申请要求

(一)围绕核心科学问题，项目按上述研究内容分别设置3个课题，综合运用多学科研究方法和模式系统，紧密围绕“糖原新功能与细胞稳态调控”这一主题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作与材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“糖原新功能与细胞稳态调控”，申请代码1选择C07的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329253。

“优良食品益生菌选育的生物学基础”重大项目指南

益生菌是一类重要的食品微生物，与食品工业和人民健康密切相关。益生菌具有调节肠道菌群及免疫平衡等多种健康功能，已被广泛应用在发酵食品、婴幼儿配方奶粉等食品中。研究表明，益生菌适应肠道微环境、调节肠道稳态存在着显著的菌株和宿主特异性;同时，菌株在进入肠道后与膳食成分存在着复杂的互作，进一步影响其益生功能;菌株在培养和制备过程中对生长抑制因子和环境胁迫因子的耐受能力是保证其生产性能的关键因素之一。从益生菌的肠道适应、膳食调控、胁迫耐受三个角度解析优良性能菌种的生物学基础，同时关注下一代益生菌的菌种储备，有望建立优良菌种选育的理论基础和技术方法，为创制具有自主知识产权的优良食品益生菌提供理论支持。

一、科学目标

基于食品科学、微生物学、营养科学等多学科手段的交叉融合，明确益生菌特异性适应肠道微生态的生物学基础，解析益生菌与膳食因子互作的代谢网络和基因靶标，阐明益生菌耐受生产制备过程中胁迫因子的内在机制，揭示下一代益生菌的科学内涵及定向选育的生理靶标，为优良食品益生菌的选育提供理论基础和针对性策略。

二、研究内容

(一)食品益生菌适应及调节肠道稳态的生物学基础。

(二)膳食因子对益生菌功能的调控和协同增效机制。

(三)益生菌高密度培养和高活性制备的生物学基础。

(四)下一代益生菌定向选育的生物学基础。

三、申请要求

(一)紧密围绕“优良食品益生菌选育的生物学基础”这一核心科学问题，综合运用多学科研究方法，开展深入、系统研究。项目按上述研究内容分别设置4个课题，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作与材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“优良食品益生菌选育的生物学基础”，申请代码1选择C20的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62326919。

“猪饲粮养分高效协同利用的营养代谢基础”重大项目指南

粮食安全是“国之大者”。当前，我国饲粮消费约占粮食消费总量的49%，饲料蛋白自给率仅为50.4%，进口大豆和谷物几乎全部用于饲料。因此，饲料用粮已成为国家粮食安全的主要矛盾，迫切需要提高饲料粮的利用效率。猪饲料占饲料总量的46%，碳氮是猪饲料中的主要营养素，占总养分的95%，但碳和氮在猪体内的沉积效率仅为32%和52%。碳氮营养素利用效率低下是节约饲料粮的瓶颈问题。

饲粮碳氮来源与组成对其消化利用效率有决定性作用。系统深入揭示碳氮来源与组成对其代谢影响，碳氮营养素在猪消化道内的同步释放、协同吸收、靶向分配与机体蛋白质高效沉积的代谢基础及分子机制，解析猪饲粮养分高效协同利用的营养代谢基础，将有助于节约饲料资源，保障国家粮食安全。

一、科学目标

聚焦日粮多种营养素的偶联匹配，从日粮养分-肠道微生物-机体三维系统营养角度，解析日粮养分高效协同利用的分子机制，揭示猪肠道微生物介导的对碳氮营养素代谢的调控机制及高效利用的调控靶点，以及降低猪无效氮产生的分子机制及调控靶点，阐明猪肌肉蛋白质高效沉积的营养原理，创新猪日粮营养平衡新模式，为提高养猪效益、节约饲料资源提供理论支撑。

二、研究内容

(一)猪日粮碳氮来源与组成的动态代谢特征。

(二)猪肠道微生物代谢与碳氮协同利用的互作机制。

(三)碳氮协同降低猪无效氮产生的分子机制及调控。

(四)日粮养分协同转运提高猪蛋白质沉积的分子机制。

三、申请要求

(一)紧密围绕“猪饲粮养分高效协同利用的营养代谢基础”这一主题，项目按上述研究内容分别设置4个课题，组织具有深厚工作积累和密切合作基础的研究团队，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，研究内容互补，充分体现合作及材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“猪饲粮养分高效协同利用的营养代谢基础”，申请代码1选择C17的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329105。

“结核分枝杆菌与宿主免疫系统互作的调控机制”重大项目指南

结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)是极具代表性的高致病性病原微生物，其感染导致的结核病是全球包括我国重点防控的慢性传染性疾病之一。近年的研究表明，Mtb在感染致病过程中能够利用自身的组成分子，与宿主分子形成复合物以抵御宿主的抗结核免疫和药物的杀伤，实现免疫逃逸和药物抗性。Mtb复杂的生命活动及其与宿主免疫系统相互作用的调控机制尚不清楚。鉴于多数Mtb基因的功能远未阐明、宿主抗结核免疫的细胞及通路分子的诸多特征尚待揭示，需要结合多学科交叉的研究技术，发现与Mtb感染致病相关的重要宿主分子，深入解析其功能，阐明其参与Mtb感染致病或发生耐药的调控机制，研究发挥抗结核作用的新型免疫细胞亚群及其作用机制，为结核病的精准诊断和抗结核治疗提供新靶点和新策略，为构建新型的结核防控手段提供理论依据。

一、科学目标

聚焦Mtb感染致病与宿主抗结核免疫的过程，充分利用临床资源和动物结核杆菌感染模型，运用生物物理学技术、分子细胞生物学技术、组学技术等多学科交叉研究手段，进行基础性和系统性研究：发现与感染致病密切相关的新型蛋白质复合物，剖析其功能和致病的分子机制;研究“蛋白-药物”的精准作用方式，揭示耐药发生机制;研究宿主免疫细胞新的功能属性，新型免疫细胞亚群在抗结核免疫中的调控作用，以及重要蛋白分子在这些免疫细胞中的作用;寻找与感染和致病相关的重要分子并深入解析其生理和病理作用机制，发现新的诊断指标和关键靶点，为结核病防治提供新的干预靶点和新的策略。

二、研究内容

(一)解析Mtb感染和致病过程中重要复合物发挥生物学作用的分子机制。

(二)研究宿主抗结核免疫过程中免疫细胞新的功能及调节机制，探索其发挥作用的机理，解析结核免疫新机制。

(三)确定Mtb感染和致病相关的重要复合物及免疫逃逸的机制，为开发用于Mtb感染和结核病精准诊断的新指标、鉴定结核病防控新策略提供关键靶点。

(四)筛选抗结核治疗的新型药物，解析耐药的分子机制，设计新型药物或对药物进行优化。

三、申请要求

(一)要求项目申请人紧密围绕“结核分枝杆菌与宿主免疫系统互作的调控机制”这一主题，凝练核心科学问题，按研究内容设置4个课题，开展深入、系统研究，课题间要有紧密和有机联系，互相补充，充分体现合作及材料、数据和方法的共享。

(二)申请书的附注说明选择“结核分枝杆菌与宿主免疫系统互作的调控机制”，申请代码1请选择C08的下属申请代码。

(三)咨询电话：010-62329240